MATLAB如何调用C程序

haidaowang

9 B+ e( F# Z) \7 t  s  Z( p# B( u通过把耗时长的函数用c语言实现，并编译成mex函数可以加快执行速度。
( l1 D! X6 Y+ Q: W7 d
+ `; \& J- Y% bMatlab本身是不带c语言的编译器的，所以要求你的机器上已经安装有VC,BC或Watcom C中的一种。
/ T) t. o; r! B0 P
- R" U  ^; S( k( E6 n* {如果你在安装Matlab时已经设置过编译器，那么现在你应该就可以使用mex命令来编译c语言的程序了。
  X1 w) `; T: a( d
9 a& ~$ s7 m3 I. Z8 z& Z如果当时没有选，就在Matlab里键入mex -setup，下面只要根据提示一步步设置就可以了。
" ~; T3 g, a/ l" `: K+ d2 ?

" Q) G1 `' b) V0 z+ Q- _, C为了测试你的路径设置正确与否，把下面的程序存为hello.c。
# {9 y8 n0 k; v4 I( C8 [5 k- K3 S

• /*hello.c*/
• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
• { mexPrintf("hello,world!/n");
• }
  

2 W$ O& a& e/ _2 S, ~( ~
假设你把hello.c放在了C:/TEST/下，在Matlab里用CD C:/TEST/ 将当前目录改为C:/ TEST/（注意，仅将C:/TEST/加入搜索路径是没有用的）。现在敲：
  m5 D' v: P3 z/ D- E9 l1 Nmex hello.c
6 u! x5 A* A3 c5 Q3 L如果一切顺利，编译应该在出现编译器提示信息后正常退出。如果你已将C:/TEST/加入了搜索路径，现在键入hello，程序会在屏幕上打出一行：
/ B  _: B% n( bhello,world!
" _& X8 ~- E1 n" E. `
$ [2 Y1 a- [/ i$ u1 T( J整个程序由一个接口子过程 mexFunction构成。
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
8 M4 {' b* W: |% o8 r% |& x8 v  r前面提到过，Matlab的mex函数有一定的接口规范，就是指这
nlhs：输出参数数目
0 h4 B, M0 i8 B  T) l" g9 q: |plhs：指向输出参数的指针
, }+ D- y; H* b0 ^/ m/ b; znrhs：输入参数数目
7 d+ x; M4 j- \; K, z例如，使用
' m& D# @# d: x. ~" g: r[a,b]=test(c,d,e)
5 k/ l3 Q4 Q/ e7 _5 {调用mex函数test时，传给test的这四个参数分别是
      2，plhs，3，prhs
其中：
/ s: w3 ]8 o( S# g1 O" Fprhs[0]=c
6 |# e" e) ~" b9 N" g1 a! r4 y* u  C4 tprhs[1]=d
" v) h0 Z  F4 ?prhs[2]=e
8 p$ I" P" i; F# T. [! }# ]2 C当函数返回时，将会把你放在plhs[0]，plhs[1]里的地址赋给a和b，达到返回数据的目的。  
. Y  F. e3 M- y2 t细心的你也许已经注意到，prhs和plhs都是指向类型mxArray类型数据的指针。 这个类型是在mex.h中定义的，事实上，在Matlab里大多数数据都是以这种类型存在。当然还有其他的数据类型，可以参考Apiguide.pdf里的介绍。

• //hello.c 2.0
• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
• {
• int i;
• i=mxGetScalar(prhs[0]);
• if(i==1)
•   mexPrintf("hello,world!/n");
• else
•   mexPrintf("大家好！/n");
• }
  , c; o' D* ?. Z8 B

将这个程序编译通过后，执行hello(1),屏幕上会打出： hello,world!
6 L8 X, b; B6 z, t* i7 L$ ]而hello(0)将会得到： 大家好！

* _: Z9 R9 p6 y$ ]& D7 U4 Q用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
, ]; a! c& G% w# K6 _7 F1 C7 G   i=mxGetScalar(prhs[0]);
"Scalar"就是标量的意思。在Matlab里数据都是以数组的形式存在的，mxGetScalar的作用就是把通过prhs[0]传递进来的mxArray类型的指针指向的数据（标量）赋给C程序里的变量。这个变量本来应该是double类型的，通过强制类型转换赋给了整形变量i。

• //hello.c 2.1
• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
• int nrhs, const mxArray *prhs[])
• {
• int *i;
• i=mxGetPr(prhs[0]);
• if(i[0]==1)
•   mexPrintf("hello,world!/n");
• else
•   mexPrintf("大家好！/n");
• }
  

这样，就通过mxGetPr函数从指向mxArray类型数据的prhs[0]获得了指向double类型的指针。
但是，还有个问题，如果输入的不是单个的数据，而是向量或矩阵，那该怎么处理呢 ？通过mxGetPr只能得到指向这个矩阵的指针，如果我们不知道这个矩阵的确切大小，就
' k; m4 E  g, g( v& x没法对它进行计算。
2 v7 Z. Y' x: i* _" K) d2 Z为了解决这个问题，Matlab提供了两个函数mxGetM和mxGetN来获得传进来参数的行数 和列数。下面例程的功能很简单，就是获得输入的矩阵，把它在屏幕上显示出来：

- ]% ^$ s3 R. ~1 ~$ v' p- w: P

• //show.c 1.0
• #include "mex.h"
• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
• {
• double *data;
• int M,N;
• int i,j;
• data=mxGetPr(prhs[0]); //获得指向矩阵的指针
• M=mxGetM(prhs[0]); //获得矩阵的行数
• N=mxGetN(prhs[0]); //获得矩阵的列数
• for(i=0;i<M;i++)
• {   for(j=0;j<N;j++)
•      mexPrintf("%4.3f  ",data[j*M+i]);
•      mexPrintf("/n");
•   }
• }
  

# P* {! x% i9 U; |) j1 i' _
8 O3 s2 M* X' ]编译完成后，用下面的命令测试一下：
  a=1:10;
% ?8 [6 T  T9 q0 x. e  b=[a;a+1];
  show(a)
1 [& p1 h) B4 B" e2 [1 \; z  show(b)
- h' h$ e  M* l& b4 A
需要注意的是，在Matlab里，矩阵第一行是从1开始的，而在C语言中，第一行的序数为零，Matlab里的矩阵元素b(i,j)在传递到C中的一维数组大data后对应于data[j*M+i] 。
输入数据是在函数调用之前已经在Matlab里申请了内存的，由于mex函数与Matlab共用同一个地址空间，因而在prhs[]里传递指针就可以达到参数传递的目的。但是，输出参数却需要在mex函数内申请到内存空间，才能将指针放在plhs[]中传递出去。由于返回指针类型必须是mxArray，所以Matlab专门提供了一个函数：mxCreateDoubleMatrix来实现内存的申请，函数原型如下：
   mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)
* P: z, S+ Q3 C! f8 g1 ?, b1 k   m：待申请矩阵的行数
   n：待申请矩阵的列数
4 ^6 d1 p, c  ~/ o* r7 l: @为矩阵申请内存后，得到的是mxArray类型的指针，就可以放在plhs[]里传递回去了。但是对这个新矩阵的处理，却要在函数内完成，这时就需要用到前面介绍的mxGetPr。使用 mxGetPr获得指向这个矩阵中数据区的指针（double类型）后，就可以对这个矩阵进行各种操作和运算了。下面的程序是在上面的show.c的基础上稍作改变得到的，功能是将输  
4 J( l+ [. i$ |5 v% W; L# ?7 c
& a7 E3 ~/ t4 n; [2 s, @5 s

• //reverse.c 1.0
• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
•     int nrhs, const mxArray *prhs[])
• {
• double *inData;
• double *outData;
• int M,N;
• int i,j;
• inData=mxGetPr(prhs[0]);
• M=mxGetM(prhs[0]);
• N=mxGetN(prhs[0]);
• plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
• outData=mxGetPr(plhs[0]);
• for(i=0;i<M;i++)
•   for(j=0;j<N;j++)
•    outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
• }
  

, d( |8 i& W1 [; t5 {, N8 L当然，Matlab里使用到的并不是只有double类型这一种矩阵，还有字符串类型、稀疏矩阵、结构类型矩阵等等，并提供了相应的处理函数。本文用到编制mex程序中最经常遇到的一些函数，其余的详细情况清参考Apiref.pdf。
& P# R- c* _: V通过前面两部分的介绍，大家对参数的输入和输出方法应该有了基本的了解。具备了这些知识，就能够满足一般的编程需要了。但这些程序还有些小的缺陷，以前面介绍的re由于前面的例程中没有对输入、输出参数的数目及类型进行检查，导致程序的容错性很差，以下程序则容错性较好

8 s, |5 ?- y) [3 U

• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[])
• {
• double *inData;
• double *outData;
• int M,N;
• //异常处理
• //异常处理
• if(nrhs!=1)
•     mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)/n");
•   if(!mxIsDouble(prhs[0]))
•    mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!/n");
•    inData=mxGetPr(prhs[0]);
•    M=mxGetM(prhs[0]);
•    N=mxGetN(prhs[0]);
•    plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
•    outData=mxGetPr(plhs[0]);
•    for(i=0;i<M;i++)
•      for(j=0;j<N;j++)
•      outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
•   }
  

: _2 A+ i+ z6 u4 B3 z. }1 K" k
) i( c- {; d$ B( x5 P' e( T在上面的异常处理中，使用了两个新的函数：mexErrMsgTxt和mxIsDouble。MexErrMsgTxt在给出出错提示的同时退出当前程序的运行。MxIsDouble则用于判断mxArray中的数据是否double类型。当然Matlab还提供了许多用于判断其他数据类型的函数，这里不加详述。
( r" ^) b4 q) q1 a需要说明的是，Matlab提供的API中，函数前缀有mex-和mx-两种。带mx-前缀的大多是对mxArray数据进行操作的函数，如mxIsDouble,mxCreateDoubleMatrix等等。而带mx前缀的则大多是与Matlab环境进行交互的函数，如mexPrintf，mxErrMsgTxt等等。了解了这一点，对在Apiref.pdf中查找所需的函数很有帮助。
* E& O9 p; @7 Y4 B至此为止，使用C编写mex函数的基本过程已经介绍完了。

yin123

MATLAB调用C程序

wu68aq

两个新的函数很不错。

ExxNEN

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